Winzige Diamantenfehler bergen das Geheimnis der Bildung der ersten Kontinente.
In einer neuen Studie verwendeten die Forscher Einschlüsse - von Juwelieren verspottete, aber für Wissenschaftler wertvolle Unvollkommenheiten -, um die Diamantbildung zu verfolgen. Sie fanden heraus, dass die Sulfidmineralien in den Einschlüssen vor 2,5 Milliarden Jahren an der Oberfläche des Planeten waren, bevor Sauerstoff in der Atmosphäre aufstieg.
Die Ergebnisse enthüllen die Geschichte der Kontinente und des Mantels, in dem sich die Diamanten bilden, sagte die Studienleiterin Karen Smit, eine Wissenschaftlerin am gemeinnützigen Gemological Institute of America. Die in Westafrika gefundenen Diamanten in der Studie weisen darauf hin, dass sich die alten Kontinente in dieser Region durch Subduktion gebildet haben, ein Prozess, bei dem eine Krustenplatte unter eine andere drückt.
"Wir können 2,5 Milliarden Jahre Erdgeschichte nur durch diesen einen Sulfideinschluss verfolgen", sagte Smit gegenüber Live Science.
In einem Diamanten
Diamanten bilden sich tief im Mantel. Die meisten, sagte Smit, bilden eine Tiefe von etwa 200 Kilometern und einige sogar eine Tiefe von 400 bis 700 Kilometern. Das tiefste jemals gebohrte Loch, das Kola Superdeep Borehole in Russland, drang nur 12 km ein. Diamanten werden dann durch tiefe Vulkanausbrüche ziemlich schnell an die Oberfläche gebracht.
Smit und ihre Kollegen untersuchten den Stickstoff in Diamanten aus der Zimmi-Region in Sierra Leone, als sie bemerkten, dass fleckgroße Einschlüsse von Sulfiden in den Diamanten Anzeichen dafür zeigten, dass sie vor der Bildung der Diamanten im Mantel vorhanden waren, was bedeutete, dass sie in der Kristallisation eingeschlossen waren Diamanten und mit ihnen an die Oberfläche getragen. Sie begannen, die Isotope des Schwefels in den Einschlüssen zu untersuchen. Isotope sind Variationen von Atomen mit unterschiedlicher Anzahl von Neutronen in ihren Kernen.
Was sie fanden, zeigte, dass die Einschlüsse tatsächlich sehr alt waren. Sauerstoff schützt den Schwefel vor bestimmten Reaktionen mit ultraviolettem Licht, sodass Forscher feststellen können, ob sich Schwefel in einer sauerstoffreichen oder sauerstoffarmen Umgebung gebildet hat. Diese Isotope bildeten sich in der Atmosphäre, bevor vor etwa 2,5 Milliarden Jahren viel Sauerstoff in der Atmosphäre war, sagte Smit. Die Diamanten selbst sind viel jünger und wurden vor etwa 650 Millionen Jahren geformt.
Eine Geschichte der Kontinente
Die Forscher untersuchten dann ähnliche Einschlüsse in Diamanten aus der kanadischen Ekati-Mine. Diese Einschlüsse sind 3,5 Milliarden Jahre alt und haben nicht die gleichen Isotopensignale wie die westafrikanischen Diamanten. Der Kontrast erzählt eine Geschichte darüber, wie sich die Kontinente gebildet haben, sagte Smit. Schon früh bildeten sich Kontinente wahrscheinlich aus einem schmelzenden Mantel, der in Form von Basalt nach oben sickerte, ähnlich wie sich heute Island oder Hawaii bilden. Die Mineralien in dieser Kruste bildeten sich im Mantel, nicht in Kontakt mit der Atmosphäre.
Später in der Erdgeschichte wurde die Subduktion jedoch wichtig, um stabile Kontinente zu bilden. Ein Stück Kruste würde unter einem anderen mahlen; dichteres Material würde sinken und weniger dichtes Material würde aufsteigen und eine kontinentale Kruste bilden. So wäre der Schwefel in den westafrikanischen Diamanten tief unter die Oberfläche gekommen, sagte Smit.
Die stabilste, langlebigste Kruste ist an Teilen des Mantels befestigt, die als "Kiele" bezeichnet werden, weil sie die Kruste stabilisieren, genau wie ein Kiel ein Schiff stabilisiert. Weitere Studien zu einschlussreichen Diamanten könnten erklären, wie und warum sich diese Kiele bilden, sagte Smit. Bisher gibt es weltweit nur vier Standorte, darunter Westafrika und Kanada, mit Diamanten, die sowohl Sulfideinschlüsse als auch Mineralien enthalten, die zur Datierung der Diamantenbildung verwendet wurden. Weitere Standorte würden dazu beitragen, die Erdgeschichte detaillierter zu verfolgen, sagte Smit. Diese Studien sind jedoch eine Herausforderung, da die Diamanten bei der Analyse zerstört werden.
"Wir brauchen Diamanten", sagte Smit, "um für die Wissenschaft zu zerstören."
